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[硕士论文] 严军干
凝聚态物理 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:铁基超导体尤其是“122”型铁基超导体的发现,引起了人们对高温超导电性机制的研究的热情,但迄今为止,该机制尚未完全探明。与常规超导不同的是,层状结构的铁基超导体,包含被认为对超导电性不利的磁性铁离子,其母体化合物具有复杂的费米面结构。基于对铁基超导体电性的探索,本文利用密度泛函理论基础上的第一性原理对三种“122”型铁基超导材料的结构性质、电子性质和力学性质等进行了具体研究。
  首先,计算了KFe2S2、KFe2Se2和KFe2Te2三种超导材料在零压状态下的结构性质、电子性质和弹性性质。计算结果发现,在整个晶体结构中,[Fe2Ch2](Ch=S、Se、Te)阴离子的不同,不仅导致了该结构层的各向异性形变,同时使整个晶体结构产生了各向异性形变,但是不同阴离子位置替代并没有引起费米面附近能带发生剧烈的变化。同时,在零压状态下KFe2Te2的键角Te-Fe-Te是最接近理想正四面体的键角值,随着压力的增大,键角 Te-Fe-Te逐渐偏离了理想的正四面体的键角。电子性质的计算发现,这三种材料的费米面呈相似特征:四条能带穿过费米面,呈现出金属化特征,这些能带主要是Fe3d轨道电子提供。力学性质计算表明三种材料都表现出力学的各向异性。与其他体系超导相同,KFe2S2、KFe2Se2和KFe2Te2三种材料硬度较低,属于软性材料。同时KFe2S2和KFe2Se2表现为脆性,而KFe2Te2却表现为韧性。
  其次,计算了高压下KFe2S2、KFe2Se2和KFe2Te2的晶体结构性质、电子性质和弹性性质。在高压下三种材料的结构出现了不同的变化,与 KFe2S2和KFe2Te2不同,KFe2Se2在30 GPa时的Se-Fe-Se键角最接近理想正四面体键角,而其他两种材料KFe2S2和KFe2Te2,在压力的作用下,键角S-Fe-S和键角Te-Fe-Te却越来越偏离理想正四面体值。KFe2Te2材料的结构和电子性质受压力的影响非常明显,可以通过改变压力达到所需要的应用。通过计算压力下KFe2S2、KFe2Se2和KFe2Te2的弹性性质表明,在高压状态下,KFe2Ch2(Ch= S、Se、Te)三种材料的延展性更好,韧性更佳,KFe2S2和KFe2Se2材料也由零压下的脆性变为韧性,有利于材料更好的利用。同时,压力可以增加材料的硬度,使得材料更难压缩,可以增大材料的各向异性。
  探索铁基超导电性机制是当前的研究热点,超导材料的电子性质对超导电性有重要的影响,因此研究超导材料的费米面、键角Ch-Fe-Ch和Fe-Ch键特性尤为重要,已经成为理论预测超导转变温度变化的重要方法。由于铁基超导体是层状化合物,存在层内部离子之间的相互作用和层间的弱耦合相互作用,晶体结构对铁基超导电性的影响就是建立在这样的相互作用的基础上的,因此探索常压和高压下不同的晶体结构也对探索铁基超导电性至关重要。
[硕士论文] 王瑞龙
材料科学与工程 西南交通大学 2017(学位年度)
摘要:超导体由于具备特有的性能,百余年来一直是科学家研究的重要课题,而其中层状结构超导体更是研究的重点。2012年6月新型层状铋硫基超导体被发现,迅速引起了科学家的关注,科学家借鉴铜氧化物和铁基高温超导体的研究经验,短时间内,一系列BiS2基新型超导体相继问世,形成了一个BiS2基超导体大家族。目前,对于层状高温超导体的超导机制尚不清楚,新层状超导体的研究将为我们理解其超导机制提供更多有用的信息。本文主要以新型BiS2基层状超导体La1-xTaxOBiS2为研究对象,采用助溶剂法生长单晶,探索大块超导单晶的最佳生长工艺,并对其晶体结构、微观形貌、各向异性、磁性能和电输运性能等进行全面表征,探索其产生超导电性的可能原因。论文第一章为绪论部分,简单介绍了超导电性的发现,回顾了百年超导研究史,介绍了几种超导微观机理,重点介绍了本论文研究方向的相关文献综述和超导多晶、单晶的研究概况,最后阐述了本论文的研究内容和结构。
  论文第二章为本论文实验过程中涉及到的样品制备方法、所用试剂、实验设备、样品表征分析手段以及La1-xTaxOBiS2超导体单晶生长实验的介绍。首先简单介绍了本论文中所用到的固相反应法和助溶剂法以及实验试剂和实验设备,然后,介绍了样品的晶体结构、微观结构、磁性能和电输运性能的表征方法,最后重点介绍了La1-xTaxOBiS2超导体单晶生长实验。
  论文第三章为采用助溶剂法生长La1-xTaxOBiS2超导体单晶,通过调整掺杂量、助溶剂类型、原料种类、反应容器类型以及热处理工艺来优化单晶生长工艺,成功得到了毫米级超导体单晶片,具有CeOBiS2型四方晶体结构,属于P4/nmm空间群,同时有部分杂相存在,单晶片自发形核并通过二维晶核生长方式长大,沿ab面生长,最终形态为片层状,M-T测试结果表明,当x=0.1时,大片单晶片和小片单晶片的Tc分别为3.02K、2.92K,Tirr分别为2.36K、2.48K,当x=0.15时,Tc为3.06K,Tirr为2.39K。
  论文第四章为采用固相反应法和助溶剂法制备得到母相LaOBiS2多晶和单晶样品,发现了超导电性,对其晶体结构、微观形貌、超导性能进行详细表征,探索其产生超导电性的可能原因。XPS研究结果表明样品中没有其他元素,纯度较高,LaOBiS2多晶具有CeOBiS2型四方晶体结构,属于P4/nmm空间群,Tc约为3K。对于单晶样品,单晶XRD研究表明其晶体结构可能为四方、单斜或三斜,而且部分样品中存在缺陷,理论计算发现不同晶体结构所对应的能带结构的费米面均处于带隙中,不具备金属性特征,通过引入点缺陷,体系在费米面的态密度增加,而且随着点缺陷的增加而增加。导致母相LaOBiS2中出现超导电性的可能原因有点缺陷或结构的不稳定,或者二者皆有。利用超导转变温度Tc和不可逆转变温度Tirr得到单晶的磁各向异性参数γ为3.1和7.24,表现出微弱的磁各向异性。
  论文第五章为采用固相反应法制备得到不同热处理温度的La0.9Ta0.1OBiS2多晶超导体样品,研究热处理温度对超导体成相和性能的影响,优化热处理温度,获得体系的相图,研究结果表明当热处理温度为950℃时,超导体具有优异的性能,具有CeOBiS2型四方晶体结构,属于P4/nmm空间群,同时有部分杂相存在,晶粒较小,致密均匀,晶粒连接性较好,金属-半导体转变能隙最小,在低温下发生结构相变的温度最低,RRR值最大,表明其低温下金属性特征明显,同时得到其上临界磁场Hc2(0)为1.94T,相干长度ξ为13.03nm。
[硕士论文] 刘恒
制冷及低温工程 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:低温超导电物理实验装置基本都需要电流引线跨越室温和磁体运行温度两个温区向超导磁体提供千安甚至万安级的电流。Bi系带材带间电阻低,高温超导段结构简单,是目前万安级二元电流引线的主要选择,但随银金价格不断上涨其价格也愈来愈昂贵。相比而言,Y系带材热导率小、受磁场影响较小,近年来成为高温超导应用的热门,由于Y系带材多采用镍基合金基带,带间电阻高,在二元电流引线领域多应用于百到千安级,很少有应用于万安级先例。本文将设计制作运用YBCO带材的万安级电流引线高温超导段,为YBCO带材能大规模应用万安级二元电流引线的可行性进行技术预研和实验验证。
  本文基于Bi系二元电流引线研发基础,采用数值仿真分析与试验验证相结合的方法,优化设计低接头电阻的易于加工的万安级YBCO电流引线高温超导段组件结构;基于ANSYS Workbench15.0对YBCO高温超导段进行电磁学和热力学计算分析,最小化低温侧漏热并验证安全性;研究合适的加工与锡焊工艺,制作10kA YBCO带材高温超导段组件。
  通过10kA YBCO内外层和整体高温超导段组件液氮浸泡下的Ic和接头电阻测试,检验制作10kA YBCO带材高温超导段组件的焊接工艺。搭建10kA电流引线低温性能测试平台,进行YBCO高温超导段的载流能力、接头电阻、LOFA和不烧毁时间测试,验证前期结构设计的合理性。
[硕士论文] 李蕾
制冷及低温工程 合肥工业大学 2017(学位年度)
摘要:细胞低温保存主要由以下几个步骤组成:添加低温保护剂(CPA);低温冷冻;低温保存;复温;低温保护剂洗脱。细胞的渗透参数可以预测细胞在冷冻、复温过程以及保护剂添加、去除过程中的体积变化,进而使细胞的低温保存效益最优化。细胞膜的渗透特性参数的测量是低温生物学领域的基础性工作,广泛使用的方法包括热分析方法和微灌流方法。
  热分析方法通过差示扫描量热仪(DSC)采集的热信号间接获取细胞体积数据,适用于大样本测量。目前热分析方法主要有慢-快-慢(SFS)冷冻法,和一次慢冻(SS)法。分别采用这两种方法测量细胞的渗透特性,结果显示两种方法的结果比较相近,且都属于合理范围。使用测得的参数预测细胞的最佳冷却速率,并模拟其他降温速率下的细胞体积变化,验证实验显示模拟和实验结果非常吻合,所测参数可以有效预测细胞的冷冻响应。通过比较两种热分析方法发现,虽然SS方法的温度程序更加简单,但细胞体积在不同降温速率下的变化却无明显区别;SFS方法不需使用多个压积的样品,实验流程和数据分析更简便。
  为了与热分析方法比较,采用通过图像分析直接获取细胞体积数据、适用于小样本测量的微灌流法研究细胞渗透特性。使用灌流系统分别进行一步和三步添加保护剂(CPA)实验,基于一步添加得到的渗透参数,模拟三步添加过程中的体积响应。结果显示,CPA会显著减小水渗透率;与一步添加相比,三步添加过程中水和保护剂分子的跨膜运输速率更快,且对CPA分子的促进作用更明显;基于一步添加参数预测的细胞收缩体积更小、体积响应的波动范围更大。
[硕士论文] 侯力超
凝聚态物理 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:自从2001年临界温度高达39K的超导体二硼化镁被发现以来,科学家对其做了大量的理论和实验研究。二硼化镁的超导电性来源于传统的电声耦合机制,并且其电子能带结构也已经广为人知。它的费米面由两个三维的π带和两个二维的σ带组成,这两个能带的显著差异导致其拥有两带超导电性的特征。之后这一结果被比热、扫描隧穿谱和拉曼谱等一系列的实验所广泛证实。我们通过两带各向同性的Ginzburg-Landau(GL)理论研究了两带简并能隙超导体SrPt3P的电磁性质。得到了其上临界磁场和伦敦穿透深度随温度变化的精确解,计算结果和实验数据在较大的温区范围内吻合,这直接表明SrPt3P是在两个不同费米面上具有相同能隙的两带超导体。之后我们又用相似的方法对非中心对称超导体LaNiC2的上临界磁场和伦敦穿透深度以及中心对称超导体CsNi2Se2的上临界磁场进行了分析。并将所得的理论结果与实验数据进行了对比,两者符合得极好,充分说明了这两种镍基材料CsNi2Se2和LaNiC2的两能隙超导特征。
[硕士论文] 张杨
物理学;凝聚态物理 东南大学 2016(学位年度)
摘要:铁基化合物材料具有多样的晶体结构、丰富的物理性质以及广泛的应用前景,因此备受凝聚态领域研究者的关注。因其具有铁电、(反)铁磁、超导等性质,从而在磁存储、低能耗器件、医疗、交通运输等方面具有很广阔的应用前景。本文运用第一性原理方法,对铁基超导材料及相关化合物的性质进行研究,也包括对新合成材料体系性质的预测。
  本研究分为五个部分:第一章,主要介绍本研究工作的相关背景知识:铁基化合物中的两大类结构及相关物理性质。对于铁基超导类材料,之前文献主要集中在超导性质的研究,然而在这类材料中还蕴含其它丰富物理特性。本文主要介绍磁性、铁电性、多铁性及超导性,希望通过研究搜寻出具有以上相关物理特性的铁基化合物。第二章,简要介绍了计算所用的理论方法:晶体场理论,密度泛函理论和极化理论的基本定律。此外,还对本论文所用的VASP软件做了简单介绍。第三章,主要研究铁基超导家族母体材料KFe2Se2。通过对称性分析,我们推测每一层铁硒平面均是极性的。根据BaFe2Se3的中子实验结果,我们预测了KFe2Se2中三种不同Block反铁磁构型。依据磁点群分析,发现Block-B反铁磁结构具有铁电性而其它二种Block反铁磁结构均为反铁电性。随后,通过第一性原理计算,我们首先确认了KFe2Se2的磁基态为Block反铁磁性。其次,证实了磁致伸缩作用导致铁硒层具有自发极化,而整个体系铁电性取决于铁硒层沿着c轴的堆叠方式。进一步,通过标准的BerryPhase极化计算,我们得到了Block-B反铁磁性的铁电极化沿c轴方向,大小约为0.48μC/cm2。最后,通过对电子态密度的分析,发现铁原子和硒原子在费米面附近杂化,从而证明铁硒之间有共价行为。第四章,主要研究一类具有β-BaFe2S3结构的BaFe2X2O(X=S/Se)材料。通过第一性原理研究,我们发现它们具有相同的AFM3共线反铁磁结构以及很大的电子带隙。同时通过对哈伯德U的调节,我们得到最适合描述该材料晶格的U值。此外,通过对电子态密度的分析,我们发现铁原子和硒原子/硫原子存在共价键行为。最后,我们还对该体系的光学性质进行了研究,发现此类体系具有较大光吸收系数,为其在光学器件应用方面提供了理论展望。第五章,本文的简单总结,以及对下一步工作的展望。
[博士论文] 吴文娟
物理学;凝聚态物理 东南大学 2016(学位年度)
摘要:层状超导体中磁通的输运性质以及相关机理的研究一直是凝聚态物理研究的热点。本文首先在x和y方向使用周期性边界条件,z方向使用开放性边界条件,在全部钉扎强度区域研究了静态和动态情形下3D系统中涡旋饼的结构分布,给出了涡旋饼在不同钉扎强度和不同密度下的静态结构相图;总结出了涡旋饼在外推力作用下的动力学规律及奇异特征。考虑到最接近实际的模型应该采用长周期性边界条件,我们通过降维(二维或准一维)和增加层间距的方法来减少计算量,并利用这一模型继续研究层状超导体中涡旋饼的性质,寻找第二峰效应等实验现象的新解释。近年来介观超导体中的磁通分布也引起了人们的广泛关注,不同于大块超导体,介观超导体样品尺寸很小,磁通的分布不仅由磁通间的相互作用决定,还由边界的限制决定。故不同形状的介观超导体对应的磁通分布亦不同,我们主要研究的是等腰直角三角形介观超导体。本文主要内容分为如下几部分:
  1、我们用数值模拟的方法研究了层状超导体中涡旋饼的静态结构分布,分析了随机钉扎引起的无序和层间(以及层内)的有序性的竞争关系。通常,对于层间有序的形成,来源于强层间耦合弱钉扎条件下涡旋饼或磁通线片段的耦合,即形成3D状态。相反,2D状态则是由弱层间耦合强钉扎条件下退耦合的独立涡旋饼形成。对层间有序性,随着钉扎力的增加,层内的结构涉及到晶体(Crystal),布拉格玻璃(Bragg Glasses,BG),磁通玻璃(Vortex Glasses,VG)和液体状(Liquid-like,LQ)结构。改变磁通密度,我们发现在同一层内部和层与层之间都存在一个先快速无序然后缓慢有序的过程,这可能与第二峰效应有关联,我们对这种非单调行为的原因也做了讨论。研究结果总结为“层间耦合强度Sm和钉扎强度fp”平面内的相图。
  2、使用分子动力学模拟的方法研究了外力驱动下的层状超导体中的涡旋饼。我们发现,随着外加驱动力的增加,对于强的层间耦合,预先存在的磁通线要么直接脱钉,要么在脱钉之前先转变为二维(2D)钉扎态,是哪种情况要取决于钉扎的强弱;在一个很窄的钉扎范围内,我们还发现了有趣的再次钉扎过程,它导致了负微分电阻现象的出现。对于弱的层间耦合,随外加驱动的增加,被独立钉扎的涡旋饼先是形成无序的2D流动态,然后转变为有序的3D流动态;然而,对于极强的钉扎情形,随机钉扎导致一个类似热涨落力的作用效果出现,这一作用可以融化3D磁通线,导致一个持续的2D流动态出现在快速流动区,而且,在它的中部区域关联函数有一个尖峰现象出现:随外加驱动力增加,运动的涡旋饼先晶体化形成运动的3D磁通线,然后这些3D磁通线融化,导致重新形成2D流动态。我们的结果总结成了一个动力学相图。
  3、我们采用了最接近真实系统的长周期性边界条件的模型,但由于计算量大,用了两种方法修改模型:降维的方法(保留z方向自由度,将x-y平面的维度缩减为一维)和增加层间距(同时微调涡旋饼相互作用)的方法。对于降维后的系统,不再是三维系统(或传统二维x-y平面)的三角格子的分布,这是因为去掉了y方向的维度,涡旋饼的有序排列为平行于z轴方向的等间距直线。我们计算了不同钉扎强度、不同层数时,稳定态涡旋饼分布的关联函数随磁通密度的变化,并观察磁通分布图,发现随磁通密度的增大,系统会由有序的1D状态退耦合为无序的2D状态,分析原因是在高磁通密度下,晶格常数变小,相互作用势的竞争将导致退耦合态与耦合态的能量差降低,导致了退耦合相变,这个退耦合与实验上观察到的第二峰效应相符合。
  4、我们研究了等腰直角三角形介观超导体中的磁通分布。我们使用格林函数方法寻找伦敦方程的解析解,得到了任意磁通分布的吉布斯自由能表达式,并使用镜像方法把磁通-磁通和磁通-边界之间的相互作用转化为磁通-反磁通之间的作用,然后我们结合分子动力学方法,模拟退火获得磁通涡旋的稳定态分布。研究发现随外磁场增加,磁通涡旋的填充规则如下:其分布按一层层“壳”状排列,在小涡旋度时,磁通呈轴对称分布;随涡旋度的增大,磁通开始出现不对称的分布;涡旋度越大,磁通的分布模式越复杂。另外我们还研究了系统的尺寸效应,改变系统尺寸,磁通的分布模式也会有变化,我们的结果总结为一张表。
[博士论文] 周苇
物理学;凝聚态物理 东南大学 2016(学位年度)
摘要:铁基超导体由于种类繁多、物理现象丰富、以及潜在的应用前景,自其发现以来就受到了科学家们的广泛关注。稀土元素电子掺杂的122型Ca1-xRExFe2As2超导体Tc可达49K,是铁基体材料中除1111体系外转变温度最高的一类超导体,比同结构的空穴型超导体Ba1-xKxFe2As2(最高Tmaxc~38K)和同样稀土掺杂、同结构的Sr1-xRExFe2As2(Tmaxc~22 K)都高出很多,其异常的高Tc超导起源引发了研究人员强烈的研究兴趣。新型112体系超导体Ca1-xRExFeAs2也具有超过40K的超导电性,加之其独特的单斜晶格和FeAs层之间额外的可能具有拓扑性质的Zig-Zag型As链结构,吸引了很多研究者的关注。本论文以122体系Ca1-xRExFe2As2和112体系Ca1-xRExFeAs2两类超导体为研究对象,详细研究了其超导电性相关的电、磁性质。
  本论文第一章为绪论,首先简单介绍了超导电性相关的基本知识,其次对铁基超导体的一般性质进行了概述,最后分别重点阐述了铁基122体系Ca1-xExFe2As2和112体系Ca1-xRExFeAs2两类超导体目前的研究现状。
  第二章介绍了本论文所涉及单晶样品的生长方法、样品结构和成分表征手段、电和磁的测量方案、以及高压电学和磁学测量装置。
  第三章首先通过电、磁测量发现了122体系Ca1-xLaxFe2As2中两个超导相,建立了完整的La掺杂相图。其次,通过外磁场下转角的电阻率测量实验发现CaLa122中高Tc超导电性具有很大的磁各向异性,而且角度相关的上临界磁场符合极薄薄膜中的Tinkham公式,证明了高Tc超导电性二维性的本质。最后,我们通过过渡金属元素(Co,Ni)替代引入电子掺杂的方式,激发了低La含量、无高Tc的Ca1-xLaxFe2As2中35 K的超导电性,并且发现Co和Ni掺杂的电子相图可以标度到一条曲线,高Tc超导电性随电子掺杂在一定的范围内保持不变,这一性质与La2CuO4-La2-xSrxCuO4双层膜系统中的界面超导十分相似,结合高Tc超导电性具有二维性的本质,我们的结果支持CaRE122高Tc超导起源于界面效应的观点。
  第四章研究了112体系Ca1-xRExFeAs2超导体各向异性上临界磁场、热激活能和临界电流密度,发现112体系超导体的临界磁场各向异性介于比较各向同性的122体系和各向异性适中的1111体系之间。
  第五章我们在Co元素共掺的Ca1-xLaxFeAs2单晶中发现了磁化第二峰现象,并进行了系统的磁通动力学研究,发现该化合物中第二峰的出现与磁通蠕动弹性到塑性的转变紧密相关。我们讨论了这种磁通蠕动弹性到塑性转变引起的第二峰效应中相关的影响因素。
  第六章研究了112体系单晶的压力效应。对正常态存在反铁磁的样品,超导Tc随压力增加先减小后增大,表现V字状压力相图。而对仅仅表现超导的样品,超导Tc随压力增加先增加后降低,形成dome状超导相图。通过压力下的Hall效应测量证明了增加压力相当于增加费米面中电子载流子的比重,与La掺杂效果一致。但是,与La掺杂不同的是,整个加压过程(远超过超导完全抑制压力值范围内)中,电阻率温度曲线未发现与反铁磁相变相关联的异常行为。另外,当样品存在超导电性时,其正常态表现对费米液体行为明显的偏离,而当压力完全抑制超导后,样品正常态恢复常规的费米液体行为。
  第七章对全文研究内容进行了总结。
[硕士论文] 马金贝
物理学 曲阜师范大学 2016(学位年度)
摘要:自1911年Onnes发现超导现象到现在,宏观样品超导电性的研究已经有一百多年的历史。1957年BCS理论建立,较为成功地阐释了基于电声子机制的传统超导体的超导电性。1986年以后发现的氧化物高温超导体、铁基超导体等的超导理论目前仍然没有建立起来。随着纳米科学技术的发展,有关金属纳米颗粒超导电性的问题已经引起各领域科学家的高度重视。然而,在金属材料的尺寸小到纳米量级时,之前的BCS理论就很难对其进行解释。为此,物理学家试图采用各种不同的理论与模型来加以解释,有关金属纳米颗粒超导电性的研究也更加深入。
  本文在前人的理论基础上,采用两带Richardson模型,用随机矩阵理论的方法研究了金属小颗粒的超导电性,得到了不同自旋态下金属小颗粒的能隙方程(奇偶电子数的影响包含在其中)。用Fortran语言进行编程计算,从以下两个方面对电子能级分布符合高斯幺正系综的金属小颗粒的超导电性进行了研究。
  1.带间相互作用对金属小颗粒超导电性的影响。计算结果表明,没有带间相互作用时,能隙随温度的变化与BCS宏观超导体的情况类似;有带间相互作用时,体系有两个能隙,能隙随温度的变化与BCS宏观超导体的情况类似,并且两个能隙在同一转变温度下消失。具体讨论了不同带间相互作用Vsd下,能隙与温度的关系、能隙随相邻能间距的变化关系。
  (1)不同带间相互作用Vsd下,存在不同的超导转变温度Tc。Vsd越大,Tc越高。在某一确定温度T下,Vsd越大,金属小颗粒的能隙ΔA、ΔB越大。
  (2)超导衰减现象。不同带间相互作用Vsd下,存在不同的临界能间距dc,当能间距 d>dc时,超导电性消失。同时可以看出,Vsd越大,dc越大,并且在某一确定d下,Vsd越大,金属小颗粒的能隙ΔA、ΔB越大。
  2.不同自旋基态对金属小颗粒超导电性的影响。具体讨论了不同自旋S基态下,能隙与温度的关系、能隙随相邻能间距的变化关系。
  (1)不同自旋S基态下,存在不同的超导转变温度Tc,且各个自旋S基态的超导转变温度Tc随S的增大逐渐减小。任一温度T处,S越大,金属小颗粒的能隙ΔA、ΔB越小。
  (2)不同自旋S基态下,存在不同的临界能间距dc,且各个自旋S基态的临界能间距dc随着S的增大逐渐减小。在任一能间距d处,S越大,金属小颗粒的能隙ΔA、ΔB越小。同时可以看出,S≠0时,能隙ΔA、ΔB随着能间距d的增大(或者金属小颗粒尺寸的减小)而逐渐减小,超导电性就会变弱,直到完全消失,并且S越大,能隙减小的越快,超导电性就越容易消失;对于S=0的态,开始时能隙ΔA、ΔB随着能间距d的增大逐渐增大,直到达到峰值后再单调递减,呈现出所谓的超导增强现象。
[硕士论文] 刘帅
理论物理 兰州大学 2016(学位年度)
摘要:自AdS/CFT对偶提出以来,就得到了广泛的关注和应用。特别是在凝聚态领域,用全息原理研究超导、超流和纠缠熵等问题。先后建立了(2+1)维的s波、p波和d波等全息超导模型,并且把这些模型推广到了(3+1)维。还在这些模型的基础上构建了s波与p波共存和竞争的全息模型,并且对不同引力理论和物质对时空有影响的情况进行了深入的探讨与研究。在研究全息超导的同时,也把目光放在了与实验现象密切相关的Josephson结、超导体在外磁场中的性质和涡旋等方面。研究这些问题的同时有助于利用全息原理解决现实中的问题和加强对全息超导与现实超导材料关联的认识。其中全息Josephson结正是我们研究的重点。
  本研究在探测极限的情况下,分别建立了s波和p波Josephson结的全息模型,s波与p波竞争和共存的全息超导模型也建立了起来。在这些工作的基础上构建了s波与p波混合和共存的Josephson结的全息模型。这个模型可以实现四种结,分别是s+p-N-s+p结、s+p-N-s结、s+p-N-p结和s-N-p结。我们研究了这些结的电流、凝聚和最大电流的相关性质。通过计算结果,发现这四种结的电流J与相位差γ都呈正弦函数关系,凝聚与结的宽度呈指数型衰减,最大电流Jmax也呈指数型衰减。值得注意的是,对于s+p-N-s+p结和s+p-N-p结,最大电流随温度的升高而增大的,并且当m2(复标量场质量的平方)的值增大时,电流,凝聚和最大电流都会整体变大。对于s+p-N-s结和s-N-p结,最大电流随温度的增大而减小。物质对时空有影响情况下的s波和p波全息超导模型已经建立了起来,我们受到这些工作的启发,分别建立了此情况下的s波和p波Josephson结的全息模型。通过计算结果发现对于s波Josephson结,当m2的取值一定时,流相差中的电流、凝聚和随结的宽度变化的最大电流会随着物质对时空影响程度的增大而减小,但是随温度变化的最大电流会随着物质对时空影响程度的增大而增大;当物质对时空影响程度一定时,电流、凝聚和最大电流会随着m2取值的增大而减小。对于p波Josephson结,性质与s波Josephson结的情况相同。
[博士论文] 崔胜涛
核科学与技术 中国科学技术大学 2016(学位年度)
摘要:超导作为一种新奇的宏观量子现象,自从被发现开始,就成为凝聚态物理学研究中的热点之一,超导电性以其独特的魅力持续不断地吸引着实验和理论科学家的关注。铜氧高温超导体的发现,更是将非常规超导的探索和机理研究推向整个凝聚态物理学领域研究的最前沿。时至今日,寻找超导转变温度更高的超导体和理论上解答高温超导电性的机理仍然是凝聚态物理学研究中最重要的问题之一。角分辨光电子能谱(ARPES)技术由于可以直观的探测材料内部电子动量与能量之间的依赖关系,即材料中能带结构的色散关系,已成为凝聚态物理学特别是高温超导研究中最为重要的实验手段之一。
  2008年发现的铁基超导体,是目前为止人们所发现的第二类高温超导材料。铁基超导的发现,迅速引起了对高温超导研究的一股新热潮,同时也为高温超导研究领域开辟了一条新的道路。铁基超导机理的研究,是高温超导机理研究中的一个重要组成部分,理解其丰富的物理内涵对整个凝聚态物理研究都会产生非常重要的影响。研究高温超导机理,就是要从根源上找出导致超导电子配对的原因,并给出准确的理论描述,并在此基础上预言新的实验现象。对于铁基超导体,目前理论方面两种主流观点的分歧点主要集中在铁基超导体电子的关联强度。在铁基超导体发现伊始,这一差别使得大家对是否可以将铁基超导体(及其母体化合物)看作强关联电子体系产生了疑问。但是随着铁硒化合物的发现,弱关联的理论越来越受到挑战。
  要对铁基超导体的电子关联强度进行深入研究,一个不可或缺的途径是研究其电子结构。角分辨光电子能谱技术可以实现对固体材料电子结构最直接有效的探测,所以我们利用角分辨光电子能谱技术,从电子的局域相互作用和巡游机制的角度出发对铁基高温超导体“Na-111”体系的电子结构所进行了系统研究。
  第一章首先简单介绍了一下光电效应,并对从晶体中逸出的光电子进行了理论介绍:之后介绍了我们组内的角分辨光电子能谱谱仪及其它相关实验设备以及平时我们进行ARPES实验的实验流程和方法。最后简要介绍了一下我们组正在发展的一种先进的实验手段:Pump-probe,利用这种先激发后探测的全新实验手段可以测量材料费米能级以上未占据态的电子结构信息,从而可以获得更多材料晶格电子自旋甚至电荷动力学的相关信息。
  第二章首先简单的介绍了一下超导发现的历史,相关的理论进展,以及最先发现的高温超导体铜氧超导体。然后介绍了铁基超导体的发现过程,并从晶体结构和相图的角度出发介绍了目前为止所发现的4类主要的铁基超导体。之后简单的介绍了铜氧超导体和铁基超导体之间的异同点。同时对本文中我们所要研究的体系的母体化合物NaFeAs的电子结构进行了简要介绍,最后我们回顾了目前两种主流的铁基超导理论:局域相互作用机制和巡游机制。
  第三章测量了一系列Co掺杂NaFeAs样品(x=0.028,0.061,0.075,0.109),我们的实验结果发现整体上电子能带的色散随着掺杂没有明显的变化,Co掺杂的基本作用是引入电子型载流子,增加载流子浓度。与铜基高温超导材料的载流子掺杂效应非常不同,铁基超导材料中这种载流子浓度的增加并没有改变局域的电子关联强度。我们的研究结果表明这个体系里超导随掺杂的消失与载流子浓度增加引起的费米面结构变化有关。同时,发现过掺杂非超导NaFe1-xCoxAs样品的费米面结构与超导KFe2Se2的费米面结构非常类似,进一步比较表明,这两种材料中截然不同的超导电性可能与其中载流子的巡游性与局域电子关联强度之间的平衡有密切关系。
  第四章测量了一系列Cu掺杂的NaFeAs样品(NaFe1-xCuxAs,x=0.019,0.045,0.14),发现Cu掺杂引入了额外的电子载流子,在重掺杂区域,布里渊区中间处空穴口袋消失,而一个新的电子口袋会出现。整体上电子能带的色散随着掺杂没有明显的变化,说明Cu的掺杂没有改变局域的电子关联。对载流子浓度的计算表明,随着Cu掺杂的增加,每个Cu贡献的额外电子载流子呈现减少的趋势。此外,费米能级附近的电子态随着掺杂浓度的增加而减少,这是由于Cu的掺杂导致了杂质带的出现,使得态密度发生转移。这解释了为什么NaFe1-xCuxAs在高掺杂区电阻比较大。
[博士论文] 葛剑峰
凝聚态物理 上海交通大学 2016(学位年度)
摘要:晶体的表面和界面处由于自由度降低,会产生许多新奇的低维量子现象。测量固体表面或者薄膜材料的晶体结构、电子态结构和电输运性质不仅是研究材料物理性质的重要手段,也为器件开发指明了方向。材料的电导性质主要通过电输运测量来表征。传统的电输运测量过程中,样品经常不可避免地暴露于大气环境中。对于某些样品,这个过程可能会影响其表面物理性质而改变测量结果。相比之下,原位测量得到的电输运性质则更加可靠。原位测量,即在同一真空环境中进行样品制备和物理性质测量,避免了大气对于样品的影响,能够更加准确地反映样品的真实性质。另一方面,随着技术的发展,当今电子器件的尺寸逐年减小,其尺寸已经达到了微米甚至纳米级别。纳米尺度样品的电输运性质的表征要求测量空间范围也限定在微观尺度,即微区电输运测量。微区四探针技术,作为一种微区电输运测量方法,集成四根微米级间距探针于一体,非常适合于原位测量。微区四探针方法在发明之后,被应用于许多材料的表面态输运性质原位测量,以及超薄超导材料的电阻转变原位表征中。
  本文以扫描隧道显微镜(STM)为基础,改造了STM的扫描单元使其能够与微区四探针兼容,并且使STM原有功能保留不受影响。STM是测量表面原子排布和表面电子态结构的强大工具,而样品表面的晶体结构和电子态对于电输运性质会起决定性的作用。原位微区四探针电输运测量与STM相结合,能够原位地获得样品的表面形貌、电子态以及输运特性,准确地理解表面的物理性质,而商业STM配备的低温、强磁场、超高真空等环境也能够为原位电输运测量提供所需的实验环境。此外,我们开发了与原位四探针测量配套的电输运测量电路以及自动测量程序。原位四探针电输运测量电路的电阻分辨率达到100 n?,对铜氧化物高温超导体的测试表明,该系统具备测量超导体的零电阻转变的能力,所得临界温度与预期结果非常符合。我们成功搭建了世界上首台能够在低至0.4 K的低温和高至11 T的强磁场下具备原位分子束外延(MBE)生长、原位STM形貌及局域电子态表征,并且包含原位微区四探针电输运测量功能的实验系统。该实验系统体现了强大的表面物理研究能力,为系统性研究新奇低维材料提供了良好的实验设备。
  界面效应在实验中被发现可以诱导超导电性,甚至可以增强超导提高临界温度,并且在器件应用中有巨大的潜在价值。最近对钛酸锶(STO)衬底上的单层FeSe薄膜的研究发现了将近20 meV的超导能隙,意味着这个体系可能具有80 K以上的超导临界温度。本文利用自主开发的兼容STM的原位四探针电输运测量实验系统,在STO衬底上生长了单层FeSe薄膜,并且对其界面超导电性进行了原位测量,主要得到以下结果:
  (1)利用MBE方法在Nb掺杂的STO衬底上成功生长了高质量的单层FeSe薄膜。采用Se分子束蚀刻方法,对Nb掺杂的STO衬底进行了高温退火处理,并得到了台阶平整的衬底表面。通过RHEED对单层FeSe薄膜的MBE生长进行实时监控和分析发现,单层FeSe薄膜的生长模式为二维层状生长模式,与STM得到的不同覆盖率下的表面形貌体现的生长模式一致。Nb掺杂STO上生长的单层FeSe薄膜样品利用STM观察,呈现原子级平整的表面以及四重对称的四方晶格,晶格常数为3.8?和5.3?。此外,利用酸腐蚀方法处理绝缘STO衬底,并尝试在绝缘STO衬底上生长了单层FeSe薄膜,发现Sr截止面上的FeSe呈现出与Ti截止面上四方晶格不同的六角相,并且以三维生长方式堆积,使得四方相的FeSe薄膜无法连续地在台阶上生长。STO衬底上单层FeSe薄膜的生长和表面结构表征对于理解其电子结构、超导电性的起源以及电输运性质有非常重要的意义。
  (2)利用新开发的原位四探针电输运测量系统,成功地探测到了Nb掺杂STO衬底上单层FeSe薄膜的零电阻态,并且一直维持到109 K。临界电流随着温度的变化关系符合Ginzburg-Landau(G-L)理论模型,并且给出了相符的超导临界温度。为了验证外磁场能够抑制超导电性,不同磁场下Nb掺杂STO衬底上单层FeSe薄膜的电输运性质的测量发现,临界电流和临界温度都随着外磁场的增大而减小。恒定温度的磁场变化实验观测到了临界磁场的存在,并且估计了上临界磁场约为116 T,对应的G-L相干长度为1.7 nm。此外,我们还利用扫描隧道谱测量了Nb掺杂STO衬底上单层FeSe薄膜的超导能隙。结合本文相关的后续研究,单层FeSe/STO体系的超导电性起源很可能是界面增强的电声耦合效应。我们的发现不仅为研究高温超导物理原理提供了最简单的结构平台,同时也说明了界面增强效应是寻找更高临界温度超导体的一种有效途径。
[博士论文] 徐颖
电气工程 华中科技大学 2016(学位年度)
摘要:超导体的零电阻特性、高载流能力是超导技术能获得若干技术优势的根本原因。高温超导材料的出现,加快了超导技术的发展。目前,超导风机、超导电缆、超导限流器、超导变压器、超导磁储能系统等超导电力装置均已研制出实验样机,部分装置已进入现场实验阶段。高温超导磁储能系统(High Temperature Superconducting Magnetic Energy Storage,HTSSMES)作为众多超导电力装置中的一种,利用其四象限有功、无功功率的快速响应能力,在提高电力系统的稳定性、改善电能质量、提供系统备用容量和可再生能源发电并网等方面都能有所作为。因此,高温超导磁储能系统受到国内外研究机构的广泛关注。由于高温超导体具有复杂的电磁特性、力学特性和热学特性,高温超导储能磁体的设计具有一定的难度。目前已有的设计方法尚不成熟,设计目标过于单一,考虑因素过于简单,仿真模型不够精确,且一般按静态储能磁体设计,没有考虑SMES在功率交换中的电流动态变化。从已研制的HTS SMES的实验结果中发现,SMES在电流变化时产生的损耗不仅会引起严重的发热,而且会大大降低装置的功率交换效率,影响磁体冷却时的制冷功率要求。
  本研究主要内容包括:⑴在广泛调研了高温超导材料的特性参数、SMES的发展状况和HTS SMES磁体的设计方法后,总结了高温超导储能磁体的设计要点,提出了考虑电磁动态特性的高温超导储能磁体的设计思路。结合遗传算法和有限元方法,编写了高温超导储能磁体设计软件,并对150kJ SMES系统的超导线圈进行了优化设计。⑵在分析和比较了现有的高温超导磁体的交流损耗计算方法后,提出了一种改进型的交流损耗计算方法,该方法利用等效相对磁导率来近似模拟超导体的抗磁性。利用改进后的损耗计算方法与H公式法计算了超导线圈在不同电流幅值、频率下的交流损耗。两种方法的损耗计算结果对比表明改进型的损耗计算方法在满足计算精度的同时,能大幅缩短计算时间。使得在磁体设计中可进行更精细的有限元划分,从而使实现考虑电磁动态特性的磁体设计成为可能。⑶提出了考虑电磁动态特性的SMES低温系统设计方法。分析了SMES磁体的运行工况、金属导冷件的几何参数对导冷件涡流损耗的影响。针对三种SMES潜在的应用工况,分别优化了高温超导磁体导冷件的几何参数。同时提出了SMES低温系统的技术经济评估方法,定义了定量评估低温系统技术经济性的指标参数。最后,以5MJ储能磁体为例对其低温系统进行了技术经济评估。该方法为低温系统设计提供了可定量评估的标准,对提高SMES低温系统的制冷效率和经济性具有重要意义。⑷为验证考虑电磁动态特性的高温超导储能磁体设计方法,以150kJ/100kW SMES的实验数据为实例,建立了150kJ/100kW高温超导储能磁体的热分析模型。计算了在功率交换过程中超导磁体的交流损耗和导冷件的涡流损耗,模拟了SMES在功率交换和降温过程中的温度变化,仿真结果与实验结果一致,验证了磁体设计方法的有效性。
[博士论文] 刘洋
电气工程 华中科技大学 2016(学位年度)
摘要:能源安全是整个人类社会赖以生存和发展的重要基础。利用清洁、可再生能源的分布式发电技术为节能降耗、提高供电可靠性提供了一种新思路。微电网技术是解决清洁、可再生能源并网问题的有效手段。储能装置是微电网的核心部件,能够以完全可控的方式参与微电网的运行,是微电网运行稳定性的重要保障。超导磁储能(Superconducting Magnetic Energy Storage,SMES)系统高功率、快响应的特性使得SMES能够快速大幅调整其与微电网或大电网间的功率交换,可以对微电网的瞬时功率不平衡进行调节。SMES的这些特性和优势使得其在改善微电网运行特性方面具有应用前景。本博士论文基于对国家973计划和863计划项目的研究,从理论分析、数学建模、特性仿真、控制策略到实验验证等方面对SMES在微电网中的应用开展研究工作,并提出了SMES状态评估方法以明确超导磁体热稳定性对SMES系统运行特性的影响。
  本研究主要内容包括:⑴针对SMES在微电网中分散化应用形式,研究基于SMES改善微电网频率稳定性的可行性和控制方法。设计了基于虚拟惯量的SMES控制策略以解决微电网惯性小的问题,提高微电网运行的频率稳定性。考虑SMES功率输出范围的限制,设计了基于模糊控制的电流调整策略,对超导磁体电流进行动态调整,保障超导磁体的热稳定性。仿真分析结果验证了所提出的控制及电流调整策略的有效性。⑵以SMES在含电动汽车充电站微电网中的应用为背景,提出一种新型基于直流母线的电动汽车充电站拓扑。通过设计SMES的功率控制策略,提高充电站直流母线电压的稳定性。在此基础上,针对电动汽车快速充电站充电功率变化率较大的问题,提出一种基于SMES控制的能量管理策略以降低电动汽车快速充电功率的变化率,从而降低快速电动汽车充电对微电网和配电网的影响,改善电网(包括微电网和配电网)的频率稳定性。仿真分析验证了所提出控制及能量管理策略的有效性。⑶综合考虑SMES与微电网或电力系统之间的相互作用和影响,提出并构建了SMES状态评估方法。在对SMES功率输出特性进行定量分析的基础上,研究SMES动态运行特性对超导磁体热稳定性的影响,将超导磁体电流和温度这两个主要的影响因素进行整合,得到SMES状态评估方法的具体表达式。通过对150kJ高温超导磁储能系统进行功率调节实验、动模实验,验证了SMES状态评估方法在电力系统应用中的有效性。⑷为了进一步系统、准确地构建SMES状态评估系统,提出了基于场路耦合的SMES建模方法,对SMES状态评估方法进行延伸和拓展研究。采用所提出的场路耦合法建立了150kJSMES超导磁体的模型,仿真分析结果与实验结果具有相同的变化趋势,能够更加真实地反映SMES的实际运行特性。此外,所提出的基于场路耦合的建模方法也可以拓展应用到其它超导电力装置。
[硕士论文] 吴俊杰
电气工程 华中科技大学 2016(学位年度)
摘要:磁制冷是一种高效清洁制冷技术,在制冷行业具有广泛的应用前景。为了解决磁制冷机中存在运动部件的问题,本文提出一种静止式磁制冷机。
  本文首先将对该制冷机的工作机理和工作流程进行说明。本课题主要对该磁制冷机中的电磁系统进行设计,主要包括永磁磁路和相应的充退磁系统。通过分析,确定电磁系统中各部分的设计指标。其次,对永磁材料的充磁、退磁特性进行实验研究。实验表明,对于永磁材料钕铁硼来说,在磁感应强度达到2.7T以上就可以完成饱和充磁;而退磁时,需要利用振荡磁场来实现,退磁后,永磁体的剩磁得到很大的削减。然后,利用有限元数值模型对磁制冷机永磁磁路进行优化。最终所设计的永磁磁路在永磁体饱和时,磁路的气隙磁场完全满足磁制冷的需求。接着,同样利用有限元数值模型对永磁磁路的充退磁系统进行设计,包括线圈和电源。最后将永磁磁路和充退磁系统进行整体工装,并对永磁磁路进行整体充退磁实验。实验表明,充退磁系统可以将永磁磁路中的永磁体充磁到饱和状态。在永磁体饱和状态下,磁路气隙磁场能满足磁制冷需求。而对永磁磁路的永磁体进行退磁后,磁路气隙磁场得到很大的削减,气隙中磁场强度大约下降70%以上。由此可见,本文所设计的电磁系统能应用在磁制冷机中。
[硕士论文] 陈路
电气工程 华中科技大学 2016(学位年度)
摘要:超导磁储能系统(SMES)具有响应时间短和效率高的特点,在电力系统中可起到提高系统稳定性、改善电能质量、用作分散电源系统和能量管理等作用。超导磁体是SMES的关键部件,其优化设计需综合考虑电磁场、应力场和温度场等多个因素的影响,是超导电力技术中的关键问题之一。
  本研究主要内容包括:⑴实验测量了两类高温超导带材的电磁特性和应力/应变特性,构建了磁体仿真插值计算的数据库,以超导带材总用线量最小为目标,进行了10MJ高温超导储能磁体的电磁设计和优化,给出了用线量和储能量符合设计目标、漏磁场小的储能磁体的初始电磁设计方案。⑵设计了10MJ高温超导磁体的支撑结构和导冷结构,建立了高温超导储能磁体电磁应力计算的等效简化模型,仿真计算了高温超导磁体在工作电流下的应力分布,计算了超导线圈内外支撑结构、导冷板和加固板的应力分布以及受应力影响的形变情况。⑶提出了基于结构优化的二次优化思路:在初始电磁设计方案的基础上,计算了超导线圈的最大径向应力以及导冷板、加固板和内外支撑的最大等效应力,通过调整初始电磁参数和结构参数完成超导磁体的二次优化。优化结果表明,所选设计方案综合考虑了超导线圈的临界电流和支撑材料的强度等因素,符合设计目标。⑷提出了经验公式法计算环型磁体交流损耗的方法,计算了典型工况下储能磁体的交流损耗分布,仿真分析了储能磁体的降温过程及在功率交换下磁体的热稳定性。
[硕士论文] 龚康
电气工程 华中科技大学 2016(学位年度)
摘要:储能装置能够灵活地与系统进行功率交换,在电力系统控制、新能源并网、用户侧响应等方面都有着广泛的应用。超导磁储能系统(Superconducting Magnetic Energy Storage:SMES)具有快速的响应能力和较高的功率密度,是一种具有广阔前景的储能方式。然而,SMES的推广应用还存在着部分技术问题尚未解决,SMES的经济性、可靠性等问题制约了 SMES的进一步应用。另外,SMES作为一种新的控制手段,还需要深入研究它在电力系统中的作用机理。
  本文的研究内容包括三个部分:一是研究SMES用于改善系统小干扰稳定性,分析了 SMES输出的有功功率、无功功率与发电机相互作用的机理,设计了基于模糊状态观测器的阻尼控制器;二是建立了用于超导磁体热稳定性评估的时序神经网络模型,并以SMES的制冷功率优化为例验证了该模型的在进行超导磁体热稳定分析时的有效性;三是研究了超导磁体的热稳定控制,分析了超导磁体热稳定特性和功率特性与超导磁体运行电流的关系,并据此提出了基于模糊逻辑的SMES运行电流控制策略。本研究的主要创新点包括:在T-S模型下,设计了基于模糊状态观测器的阻尼控制器,该控制器能够很好地考虑系统非线性,且设计思路简单,适合复杂的大型系统;建立了用于超导磁体热稳定性评估的时序神经网络模型,该模型能够迅速地对超导磁体热稳定性进行分析,解决了传统电磁热仿真耗时太长的问题;提出了基于模糊控制的SMES运行电流调整策略,该控制策略根据磁体的实时运行电流以及运行温度对 SMES的输出功率进行调整,有效地改善了超导磁体运行时的热稳定性与可靠性。
[硕士论文] 张欣
理论物理 西北师范大学 2016(学位年度)
摘要:近年来,双势阱中超冷原子的输运特性的研究已经成为现代物理学界的一个热点话题,尤其是具有自旋轨道耦合的玻色系统的能带结构和动力学特性以及无序势阱中超冷原子气体的相位相干性更是吸引了人们很多的关注。由于人工规范场在实验上的实现,使得中性原子自旋轨道耦合成为可能并且使得带有自旋轨道耦合的玻色系统的研究成为一个热点问题。由于自旋轨道耦合的存在,系统的能带结构和隧穿动力学出现了令人意想不到的新现象。另外,通常情况下人们的研究主要局限在纯净的晶格中和具有两体相互作用的系统,但是现实系统中,光晶格中随机的、小的缺损或者杂质是不可能完全避免的,多原子间相互作用也更符合实际情况,因此无序和三体相互作用的引入也丰富了玻色气体相干性的研究。本论文的具体研究内容和结构安排如下:
  首先,简要介绍了与本文研究有关的物理背景与相关知识,包括带有自旋轨道耦合的玻色系统、约瑟夫效应、无序势阱中玻色气体以及两体和三体相互作用对隧穿动力学的影响。
  第二章利用平均场双阱玻色哈勃模型,通过适当地调节自旋轨道耦合、拉曼耦合强度、塞曼场强度以及原子间相互作用,研究了自旋轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚体的能带结构和约瑟夫动力学。研究发现:自旋轨道耦合、拉曼耦合、塞曼场以及原子间相互作用的耦合作用导致了包含loop结构的复杂能带结构的出现,特别地,loop结构的出现同样依赖于自旋轨道耦合、拉曼耦合、塞曼场以及原子间相互作用。与此对应的是,loop结构的出现导致了复杂的隧穿动力学,其中包括原子在两自旋态和两阱转移时出现的抑制恢复和自囚禁现象。
  第三章基于双势阱中的玻色哈勃模型,研究了由两体、三体相互作用和无序共同影响下的无序玻色气体的相干性特征。我们可以发现,只存在无序或者相互作用(两体和三体相互作用)时,系统的相干性由于单粒子局域影响被抑制,此时无序势能或者有效的相互作用能优于隧穿能。当相互作用和无序存在时,系统的相干性在特定的参数区域被增强。另外,系统的相干性强关联于有效的相互作用能。特别是当两体或者三体相互作用是吸引的,系统相干性在两种情况中被增强,并且此时的总的有效相互作用能有极值。
  最后,简要总结本工作及展望该领域进一步研究的前景。
[硕士论文] 赵岫鸟
理论物理 西北师范大学 2016(学位年度)
摘要:近年来,关于超冷原子一分子转化的研究已经成为现代物理学界备受关注的研究课题。关于超冷分子的研究是低温物理和原子分子物理等领域近年来最活跃、发展最为迅速、成果最为辉煌的前沿课题之一,取得了大量的理论成果和实验突破。由于超冷分子的产生不仅是原子冷却技术的进一步工作,更是对理论和实验技术的重大考验和挑战,所以如何获得超冷分子便成为了现代物理领域的热点。目前已经有很多很成熟的实验技术被用于制造超冷分子,其中有关超冷原子到超冷分子的转化技术已经取得了巨大的成功。基于目前的超冷原子一分子转化技术,本文着重研究了在不同技术中,外场形式对转化效率的影响。研究通过对外场形式以及相应参数的控制,实现更稳定更高效的超冷原子一分子转化。本文具体研究内容以及结构安排如下:
  第一章简单介绍了论文研究的物理背景及相关知识,包括低温物理、玻色一爱因斯坦凝聚的原理及其实验进展和超冷原子以及超冷分子的获得方式,并对其进行了归类。介绍了不同冷却方法的基本原理,着重介绍了超冷原子一分子转化的基本方法,并列举了所取得的主要成果。
  第二章介绍了与超冷原子一分子转化相关的基本理论。我们利用平均场理论推导G-P方程、在两能级系统中推导经典哈密顿表示并且求解了超冷原子一多聚物分子转化系统的CPT态解,为后面的研究工作作准备。
  第三章基于Feshbach共振技术,我们研究了在高斯外场模型下的超冷玻色原子一分子转化动力学。利用平均场理论,对超冷原子一分子转化效率进行了数值模拟,并分析了外场参数对转化效率的影响。特别地,在快扫描极限下解析地推导出关于转化效率的闭合方程。我们还利用量子模型(Fock态)研究了多体效应对转化效率的影响。在两种不同的方法下我们得到了相符的结论。研究表明,在高斯外场模型作用下,超冷原子一分子的转化能被稳定且高效地实现。
  第四章在光缔合受激拉曼绝热过程中,我们通过对激光场Rabi频率和原子一多聚物分子耦合强度的改变,研究了外场形式对超冷原子一多聚物分子转化效率的影响。首先对文献所给出的外场作出改进,引入了时间指数的概念,并讨论了时间指数对转化效率的影响。然后选取一种更优化的外场形式,在该外场作用下,系统的绝热过程几乎不存在振荡,其绝热保真度接近于1,且系统误差较小。该外场还具有很好的参数鲁棒性。在该外场作用下的超冷原子一多聚物分子转化可以被稳定、高效地实现。
  第五章我们对本文工作作出总结,并对进一步研究前景作出展望。
[硕士论文] 安淑君
理论物理 长春理工大学 2016(学位年度)
摘要:本文首先概述了混沌的基本知识和约瑟夫森结的结构、工作原理和其中混沌的研究进展。然后,数值研究了3个RCL分路的本征约瑟夫森结串联阵列中的混沌产生,结果表明本征约瑟夫森结串联阵列会随着耦合系数和外部偏置电流的变化,而处于周期、混沌或超混沌态,进而根据反馈原理提出对超混沌态进行控制的方案并且实现了对超混沌态的有效控制。为了进一步研究阵列的混沌状态在空间上的特点,数值研究了由50个RCL分路的本征约瑟夫森结串联阵列中的混沌。数值结果显示,随着耦合系数或外部偏置电流的增大,阵列会进入时空混沌状态。给出了时空混沌状态所对应的参数区间,最后,提出了两种控制阵列中的时空混沌的方案,数值结果证明这两种方案均能完成对时空混沌的控制。
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